[发明专利]模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置及方法

说明书

本发明提出一种模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置，试验装置包括：河岸模拟槽，包括若干个形状相同的有机玻璃部件A和两个相同的有机玻璃部件B，其中有机玻璃部件A的左端为模拟河水的动水头水槽，其中部为模拟部分河岸潜流带的砂槽，其右端为模拟地下水的定水头水槽；水位控制系统，包括供水组件、排水组件及水位控制组件；孔隙水取样系统，包括埋设在砂槽内的若干水样收集组件。与现有技术相比，本发明通过增加有机玻璃部件A的数量并在其砂槽内填充不同砂土以模拟河岸沉积物的三维非均质性特征，结合水位控制和孔隙水取样系统，可研究非均质性河岸潜流带中溶质迁移转化的时空演变规律，及其对潜流带溶质迁移转化的影响规律。

技术领域

本发明涉及水利工程试验领域，尤其是涉及一种模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置及方法。

背景技术

潜流带是指河流河床之下并延伸至河溪边岸带和两侧的水分饱和的沉积物层，是具有高度动态性、渗透性及连接性的交错混合区域，也是微生物和无脊椎动物的群落生境。潜流带中发生着复杂的生物地球化学反应过程，对净化水质有着重要的作用，因此又被称为“河流的肝脏”，对维护改善河流生态的结构和功能起着重要作用。

潜流带沉积物组成及其类型对潜流交换过程中可溶性物质的生物地球化学反应影响较大。不同河流、不同河段、不同断面的岸滩沉积物往往差异较大，从而导致河流侧向潜流交换溶质迁移转化过程复杂多变。目前现场监测是潜流带研究的常用方法，但河岸潜流带环境复杂，潜流交换过程中溶质迁移转化受多种因素共同影响，现场试验条件难以控制，试验过程难以重复。尽管室内模型试验存在一定的尺寸效应，但与现场监测相比，其能控制试验条件，可重复试验过程，可量化单一因子对溶质迁移转化的影响程度。

然而，现有的室内模型尺寸通常是固定的，往往难以模拟非均质性程度较高的天然河岸潜流带，尺寸较大时也难以进行取样分析，而且水动力边界条件在重复试验中也难以保证一致性，因此亟需开发可适用于室内试验的一种模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置，以实现河水位的波动模拟及特征参数控制，同时还可通过增加有机玻璃部件以模拟非均质性程度较高的河岸带沉积物，通过试验揭示天然河岸潜流带中溶质迁移转化的规律。

中国专利CN114112300A公开了一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法，该装置包括：有机玻璃槽：包括左端水槽、中间砂槽及右端水槽，分别用以模拟感潮河道、河岸滩及离岸区地下水；水位控制系统：包括供水组件、排水组件、自动水位控制组件以及滑动水位控制组件；监测系统：包括监测管、电导率传感器、孔隙水压力传感器、电导率采集仪、静态应变仪以及虹吸管。但该专利只能用于横向-垂向二维断面上的河流侧向潜流交换研究，难以实现横向-垂向-纵向三维河段尺度上的非均质性河岸潜流交换模拟。不仅如此，该专利只能用于潜流水力交换和保守型溶质(如氯化钠)的迁移研究，而不能用于河岸潜流带非保守型溶质(如铵盐)迁移转化研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟非均质性河岸潜流带溶质迁移转化的试验装置，所述试验装置包括：

河岸模拟槽：由可调节数量的有机玻璃部件A和两个有机玻璃部件B组成，所述的有机玻璃部件A内设有透水挡板，将内部空间分割成左端动水头水槽、中间砂槽及右端定水头水槽，分别用以模拟河水、部分河岸潜流带及地下水，两个所述有机玻璃部件B分别位于数个有机玻璃部件A连接体的左端动水头水槽的前端和后端；

水位控制系统：包括与有机玻璃部件B相接的动水头供水组件和动水头排水组件、有机玻璃部件A左侧面板上设有的透明粘性刻度尺以及与有机玻璃部件A右端定水头水槽相接的定水头供水组件和定水头排水组件；

孔隙水取样系统：包括在砂槽内的若干球型水样收集器以及通过橡皮管与其连接的抽水器。